Istraživački rad „Sila trenja i njena korisna svojstva. Trenje Vrste sila trenja Od čega zavisi sila trenja? Trenje u mehanizmima i mašinama Zanimljive činjenice

Ako iznenada poželite da pomerite težak predmet, postaće očigledno da vas nešto blokira. Sila trenja će ometati kretanje. Na svakom koraku susrećemo se sa trenjem. U bukvalnom smislu te riječi. Tačnije, ne možemo napraviti korak bez trenja, jer sile trenja drže naša stopala na površini.

Trenje je posljedica mnogih razloga, ali dva su glavna. Prvo, površine tijela su neravne, a nazubljeni rubovi jedne površine drže se hrapavosti druge. Ovo je takozvano geometrijsko trenje. Drugo, tijela koja se trljaju su u vrlo bliskom kontaktu jedno s drugim, a na njihovo kretanje utiče interakcija molekula (molekularno trenje).

Postoje tri vrste trenja: statičko trenje, trenje klizanja i trenje kotrljanja.

Statička sila trenja - sila koja nastaje između dva dodirujuća tijela i sprječava nastanak relativnog kretanja. Ova sila mora biti savladana da bi se dva dodirujuća tijela pokrenula jedno u odnosu na drugo.

Sila trenja klizanja - sila koja nastaje između tijela u kontaktu tokom njihovog relativnog kretanja.

Sila trenja kotrljanja - nazovimo otpor koji nastaje kada se jedno tijelo kotrlja preko površine drugog.

Očigledno, svaka pojava ima prednosti i nedostatke. I glupo je reći da trenje nije potrebno, na primjer, jer se dijelovi troše. Ali kako bismo krenuli?

U nastavku ću pokušati napisati glavne prednosti i nedostatke, iako unaprijed znam da je to teško učiniti.

1. Bez trenja bi nam predmeti izmicali iz ruku, a mi ne bismo mogli hodati po zemlji, samo bismo klizili (usudim se reći, kao puževi).
2. Trenje je glavna, ponekad i jedina sila koja može zaustaviti tijelo koje se kreće.
3. Trenje sprečava ispravljanje niti i raspadanje tkanine na pojedinačne niti.
4. Vatra na primitivan način.

1. Trenje je faktor koji prenosi dio energije prenesene sistemu (na primjer, vibracije) u toplinu dok se sva ta energija ne potroši. Na primjer, kada se zamah zaljulja, prije ili kasnije će se zaustaviti ako se ništa ne poduzme na njemu.
2. Statičko trenje je glavna prepreka za pomicanje teškog predmeta s njegovog mjesta.
3. Trenje uzrokuje smanjenje performansi dijelova i sklopova mehanizama, pogoršanje kvalitete površina i, kao posljedicu, naglo smanjenje učinkovitosti, u nekim slučajevima, kvar dijelova i sklopova ili čak cijelog mehanizma u cjelini.

Shvaćam da je ova podjela čisto svakodnevna. Svaki plus se može pretvoriti u minus, a minus u plus. Sa sigurnošću mogu reći da bez trvenja definitivno ne možemo. Možemo reći da nas koči, ali ne zaboravite koliko je puta pomoglo. Jednostavno ne razmišljamo o tome. I, vjerovatno, vrijedilo bi, iako je ovo filozofsko pitanje.

Ako smatrate da je lista nekompletna i želite da je dodate, navedite svoje prijedloge u komentarima.

Da li ste znali da je još 1500. godine briljantni Leonardo da Vinči bio veoma zainteresovan za to od čega zavisi sila trenja i šta ona predstavlja? Čudni eksperimenti koje je izvodio izazvali su prilično iznenađenje među njegovim studentima, a šta se drugo moglo očekivati ​​od ljudi koji vide talentovanog naučnika kako vuče konopac po podu, bilo razmotano do cele dužine, ili čvrsto namotano. Ovi i drugi slični eksperimenti omogućili su mu nešto kasnije (1519.) da zaključi: sila trenja koja se pojavljuje kada jedno tijelo dođe u dodir s površinom drugog izravno ovisi o opterećenju (sila pritiska), ne ovisi o području interakcije. a usmjeren je u suprotnom smjeru od strane kretanja.

Otvaranje formule

Prošlo je 180 godina, a Leonardov model je ponovo otkrio G. Amonton, a 1781. S. O. Coulomb mu je dao konačnu formulaciju u svojim radovima. Zasluga ove dvojice naučnika je u tome što su uveli takvu fizičku konstantu kao što je koeficijent trenja, čime je omogućeno da se izvede formula koja se može koristiti za izračunavanje sile trenja za određeni par materijala u interakciji. Do sada je to ovaj izraz

F t = k t x P, gdje je

P je sila pritiska (opterećenje), a k t je koeficijent trenja, koji se iz godine u godinu seli u razne udžbenike i priručnike iz fizike, a sami koeficijenti su odavno izračunati i sadržani su u standardnim tehničkim priručnikima. Činilo bi se da je ovaj fenomen konačno postao potpuno jasan, ali to nije bio slučaj.

Nove nijanse

U 19. stoljeću naučnici su se uvjerili da formulacija koju su predložili Amonton i Coulomb nije univerzalna i apsolutno ispravna, a sila trenja nije ovisila samo o koeficijentima i primijenjenom opterećenju. Osim toga, postoji i treći faktor - kvaliteta površinske obrade. U zavisnosti od toga da li je glatka ili hrapava, sila trenja će poprimiti različitu vrijednost. U principu, ovo je sasvim logično: pomicanje kliznog objekta je mnogo lakše u usporedbi s pomicanjem predmeta s neravnom površinom. A krajem 19. stoljeća pojavila su se nova dostignuća u proučavanju viskoznosti i postalo je jasno kako sila trenja djeluje u tekućinama. I iako se podmazivanje trljajućih površina koristilo od samog početka tehnologije, tek se 1886. godine, zahvaljujući O. Reynoldsu, pojavila koherentna teorija posvećena podmazivanju.
Dakle, ako ga ima dovoljno, a nema direktnog kontakta između dva objekta, sila trenja ovisi samo o njegovoj hidrodinamici. A ako nema dovoljno maziva, tada se aktiviraju sva tri mehanizma: Kulonova sila, sila viskoznog otpora i sila koja sprečava da se udalji. Mislite li da je ova teorija stavila tačku na proučavanje ovog fenomena? Tako je, ne. Na pragu dvadesetog stoljeća pokazalo se da pri malim brzinama u odsustvu podmazivanja dolazi do efekta pruge. Njegova suština je da kada nema podmazivanja, sila otpora ne opada odmah od početne sile do nivoa kulonove sile, već postepeno opada kako se brzina povećava. U dvadesetom vijeku dalja istraživanja u ovoj oblasti donijela su toliko novih informacija da ih je trebalo nekako sistematizirati. Kao rezultat toga, pojavila se cijela nauka - tribologija, koja proučava kako sila trenja djeluje u prirodi. Samo u SAD-u broj naučnika koji rade u ovoj oblasti premašio je hiljadu ljudi, a godišnje se širom svijeta objavi više od 700 članaka na ovu temu. Pitam se koje će još zanimljive stvari naučnici moći otkriti? Sačekaj i vidi!

Ne ide - samo ide,

Zato što je ledeno

Ali odlično pada!

Zašto niko nije sretan?

Tako naivna dječja pjesmica na prvi pogled - ali koliko toga sadrži ako je pogledate iz fizičkog ugla! Uostalom, upravo u njemu je sadržan sistem kontradiktornih stavova prema zloglasnoj sili trenja. Ova stalna bitka, u kojoj se dva pojma međusobno takmiče – šteta i korist od trenja, nikada neće imati pobjednika. Uostalom, ono što je zgodno i korisno za jednu osobu često je sasvim suprotno za drugu - loše, kao u ovoj pjesmi.

Sjećate li se priče Nikolaja Nosova o ledenom toboganu koji su momci napravili u dvorištu? A kada su svi otišli na ručak, izašao je onaj koji nije učestvovao u izgradnji. Pokušao je da se popne na njega, ali se samo ozlijedio, ali nije mogao da se popne. I klinac je pogodio da posipa pijesak po ledu - postalo je vrlo zgodno popeti se na sam vrh, čak i na ledu! Tako je, koristeći pijesak za učvršćivanje prostora između klizavog leda i đona, dječak shvatio da prednosti trenja omogućavaju savladavanje prepreka.

Ali nakon ručka, djeca su izašla s kockama leda da se zabavljaju na svom toboganu. Ali to nije slučaj: sanke ne trče po pijesku! Za njih se ova situacija okrenula na drugu stranu, pokazujući štetu od trenja.

Slične slučajeve viđamo zimi, kada dječaci otkotrljaju ledene staze i trče po njima, prelazeći udaljenost za nekoliko minuta! A iza njih, stariji ljudi šepaju, okliznu se po snježnim padinama i padaju, lomeći ruke i noge. Evo opet jasnih primjera gdje u istom slučaju koegzistiraju i šteta i korist od sile trenja.

Za smanjenje trenja skijaši podmazuju svoje skije posebnim mastima kako bi povećali brzinu prilikom kretanja. Klizači koje koriste brzi i umjetnički klizači povremeno se zalijevaju i čiste, također kako bi se smanjilo trenje. Naprotiv, pješačke staze su posute pijeskom ili pepelom da niko ne padne na njih. Neki izumitelji i inovatori su čak došli na ideju da zalijepe komade brusnog papira na potplate zimskih čizama i čizama samo da bi povećali silu trenja.

Ista stvar se dešava i sa točkovima automobila. Nije tajna da s početkom zime vozači svoje gvozdene konje "potuju" u posebne "zimske gume". Inače, bez korisne sile trenja, automobil proklizava pri skretanju, proklizava, a često vozač ima lošu kontrolu. I svi sami znaju kako se nesreće završavaju.

Svi pričamo o zimi, o ledu i o padu. Postoje li drugi trenuci u svakodnevnom životu u kojima možete jasno vidjeti kako se šteta i korist od trenja međusobno takmiče? Naravno! Oni su svuda. Čak iu našoj sobi sa tobom.

Evo, na primjer, ogromnog i teškog ormara. Stoji ukorenjen na mestu i ne miče se. A ako bi sila trenja iznenada nestala, šta bi se onda moglo dogoditi? A ova ogromna stvar bi se kretala po sobi i uz najmanji pritisak! I ostaje da se vidi da li bismo uspeli da to izbegnemo na vreme. Dobra sila trenja, korisna!

Ali moja majka je odlučila da preuredi namještaj. I trebate premjestiti ovaj ozloglašeni ormar na drugi zid. Jedan, dva, uzmi! Tri - četiri, stegnite se! Samo se sve ispostavlja beskorisnim: što je predmet teži, to ga jača sila trenja drži. Užasna, gadna sila!

Opet se takmiče jedni s drugima - šteta i korist od trenja. Nema potrebe za bilo kakvom konkurencijom! Vi samo trebate dobro poznavati fizičke zakone i biti u stanju izvući praktičnu korist od ovog znanja. U ovom trenutku nije potrebno To znači da ga treba smanjiti: učiniti kontaktne površine glatkijim i skliskim. Da biste to učinili, neki savjetuju da se po podu širi sapunom ili uljem, dok drugi stavljaju mokru krpu ispod nogu teškog predmeta. A sada - jedan ili dva - i gotovo! Pomakli su ovog kolosa prilično lako sa svog mjesta.

Sila trenja nas stalno prati kroz život, kao što nam negdje stvara neugodnosti, a negdje bez nje ne možemo. Ali kako god bilo, postoji, a naš zadatak je naučiti koristiti fizičke zakone kako bi nam život postao praktičniji i ugodniji.

Mnogo je fizičkih pojava u svijetu oko nas: grmljavina i munja, kiša i grad, električna struja, trenje... Naš današnji izvještaj posvećen je trenju. Zašto nastaje trenje, na šta utiče, od čega zavisi sila trenja? I konačno, da li je trenje prijatelj ili neprijatelj?

Šta je sila trenja?

Nakon što ste malo istrčali, možete jurnuti po zaleđenoj stazi. Ali pokušajte to učiniti na običnom asfaltu. Međutim, ne vrijedi pokušavati. Ništa neće uspjeti. Krivac vašeg neuspeha biće veoma velika sila trenja. Iz istog razloga, teško je pomjeriti masivni sto ili, recimo, klavir.

Na mestu dodira dva tela uvek dolazi do interakcije, koji sprečava kretanje jednog tela po površini drugog. To se zove trenje. A veličina ove interakcije je sila trenja.

Vrste sila trenja

Zamislimo da trebate pomjeriti težak ormar. Vaša snaga očigledno nije dovoljna. Povećajmo silu "striženja". Istovremeno se povećava sila trenja mir. I usmjeren je u smjeru suprotnom od kretanja ormarića. Konačno, sila „striženja“ „pobeđuje“ i kabinet se pomera. Sada sila trenja dolazi na svoje slip. Ali to je manje od statičke sile trenja i mnogo je lakše pomicati ormar dalje.

Naravno, morali ste da gledate kako 2-3 osobe otkotrljaju teški auto sa naglo ugašenim motorom. Ljudi koji guraju auto nisu moćnici, sila trenja samo djeluje na točkove automobila valjanje. Ova vrsta trenja nastaje kada se jedno tijelo kotrlja preko površine drugog. Lopta, okrugla ili fasetirana olovka, točkovi voza, itd. mogu da se kotrljaju. Ova vrsta trenja je mnogo manja od sile trenja klizanja. Stoga je vrlo lako premjestiti teški namještaj ako je opremljen kotačima.

Ali, u ovom slučaju, sila trenja je usmjerena protiv kretanja tijela, dakle, smanjuje brzinu tijela. Da nije njegove „štetne prirode“, ubrzanja na biciklu ili rolerima, mogli biste uživati ​​u vožnji beskonačno. Iz istog razloga, automobil s ugašenim motorom će se kretati po inerciji neko vrijeme, a zatim stati.

Dakle, zapamtite, postoje 3 vrste sila trenja:

• trenje klizanja;
• trenje kotrljanja;
• statičko trenje.

Brzina kojom se brzina mijenja naziva se ubrzanje. Ali, pošto sila trenja usporava kretanje, ovo ubrzanje će imati predznak minus. Bilo bi ispravno reći Pod uticajem trenja telo se kreće usporavanjem.

Kakva je priroda trenja

Ako pogledate glatku površinu poliranog stola ili leda kroz lupu, vidjet ćete sitne hrapavosti za koje se drži tijelo koje klizi ili se kotrlja po njegovoj površini. Uostalom, tijelo koje se kreće duž ovih površina također ima slične izbočine.

Na tačkama dodira, molekuli se toliko približe da počinju da se privlače. Ali tijelo se nastavlja kretati, atomi se udaljavaju jedan od drugog, veze između njih pucaju. To uzrokuje da atomi oslobođeni privlačnosti vibriraju. Otprilike onako kako osciluje opruga oslobođena napetosti. Ove vibracije molekula doživljavamo kao zagrijavanje. Zbog toga trenje je uvijek praćeno povećanjem temperature dodirnih površina.

To znači da postoje dva razloga koji uzrokuju ovaj fenomen:

• nepravilnosti na površini dodirnih tijela;
• sile međumolekularne privlačnosti.

Od čega zavisi sila trenja?

Vjerovatno ste primijetili naglo kočenje saonica kada skliznu na pješčano područje. I još jedno zanimljivo zapažanje: kada je jedna osoba na sankama, ona će ići u jednom smjeru niz brdo. A ako dva prijatelja klize zajedno, sanke će se brže zaustaviti. Dakle, sila trenja je:

• zavisi od materijala dodirnih površina;
• osim toga, trenje se povećava s povećanjem tjelesne težine;
• djeluje u smjeru suprotnom kretanju.

Divna nauka fizike je također dobra jer se mnoge ovisnosti mogu izraziti ne samo riječima, već i u obliku posebnih znakova (formula). Za silu trenja to izgleda ovako:

Ftr = kN gdje:

Ftr - sila trenja.

k - koeficijent trenja, koji odražava ovisnost sile trenja o materijalu i čistoći njegove obrade. Recimo, ako se metal kotrlja po metalu k=0,18, ako klizate na ledu k=0,02 (koeficijent trenja je uvijek manji od jedan);

N je sila koja djeluje na oslonac. Ako se tijelo nalazi na horizontalnoj površini, ova sila je jednaka težini tijela. Za nagnutu ravan je manja težina i zavisi od ugla nagiba. Što je tobogan strmiji, to je lakše skliznuti prema dolje i duže možete voziti.

A, izračunavanjem statičke sile trenja ormarića koristeći ovu formulu, saznat ćemo koju silu treba primijeniti da bi se pomaknuo sa svog mjesta.

Rad sile trenja

Ako na tijelo djeluje sila pod čijim se utjecajem tijelo kreće, tada se rad uvijek obavlja. Rad sile trenja ima svoje karakteristike: na kraju krajeva, ne uzrokuje kretanje, već ga sprječava. Dakle, posao koji radi jeste uvijek će biti negativan, tj. sa znakom minus, bez obzira u kom pravcu se telo kreće.

Trenje je prijatelj ili neprijatelj

Sile trenja nas prate svuda, donoseći opipljivu štetu i... ogromnu korist. Zamislimo da je trenje nestalo. Začuđeni posmatrač bi video kako se planine ruše, drveće se samo od sebe iščupa iz zemlje, orkanski vetrovi i morski talasi beskrajno dominiraju zemljom. Sva tijela negdje klize dolje, transport se raspada na odvojene dijelove, pošto vijci ne ispunjavaju svoju ulogu bez trenja, nevidljivo čudovište bi razvezalo sve pertle i čvorove, namještaj, koji ne drže sile trenja, je skliznuo u najniži ugao sobe.

Hajde da pokušamo da pobegnemo, da pobegnemo iz ovog haosa, ali bez trvenja Nećemo moći da učinimo ni jedan korak. Na kraju krajeva, trenje nam pomaže da se odgurnemo od tla kada hodamo. Sada je jasno zašto su klizavi putevi zimi prekriveni peskom...

A u isto vrijeme, ponekad trenje uzrokuje značajnu štetu. Ljudi su naučili da smanjuju i povećavaju trenje, izvlačeći iz toga ogromne koristi. Na primjer, kotači su izmišljeni da vuku teška opterećenja, zamjenjujući trenje klizanja kotrljanjem, što je znatno manje od trenja klizanja.

Jer tijelo koje se kotrlja ne mora uhvatiti mnogo malih površinskih nepravilnosti, kao kada tijela klize. Zatim su kotači bili opremljeni gumama s dubokim uzorkom (gazeći slojevi).

Jeste li primijetili da su sve gume gumene i crne?

Ispostavilo se da guma dobro drži točkove na putu, a ugalj koji se dodaje gumi daje joj crnu boju i potrebnu krutost i čvrstoću. Osim toga, u slučaju nezgoda na cesti, omogućava vam mjerenje puta kočenja. Na kraju krajeva, prilikom kočenja gume ostavljaju jasan crni trag.

Ako je potrebno, smanjite trenje, koristite ulja za podmazivanje i suho grafitno mazivo. Izvanredan izum bilo je stvaranje različitih tipova kugličnih ležajeva. Koriste se u raznim mehanizmima, od bicikala do najnovijih aviona.

Postoji li trenje u tečnostima?

Kada tijelo miruje u vodi, ne dolazi do trenja o vodi. Ali čim se krene, nastaje trenje, tj. Voda se opire kretanju bilo kojeg tijela u njoj.

To znači da obala, stvarajući trenje, "usporava" vodu. A kako trenje vode o obalu smanjuje njenu brzinu, ne treba plivati ​​usred rijeke, jer je tamo struja mnogo jača. Ribe i morske životinje oblikovane su na takav način da je trenje njihovih tijela o vodu minimalno.

Dizajneri daju istu racionalizaciju podmornicama.

Naše upoznavanje sa drugim prirodnim fenomenima će se nastaviti. Vidimo se ponovo, prijatelji!

Ako vam je ova poruka bila korisna, bilo bi mi drago da vas vidim

Nauka

Evropski naučnici dali su moderno objašnjenje za nastanak trenja klizanja između čvrstih objekata. Uprkos činjenici da je trenje jedan od fundamentalnih fenomena moderne primenjene fizike, Ovaj fenomen nije prestao da se proučava već mnogo vekova.. Do danas se vjerovalo da su mehanička otpornost na habanje i prisustvo (ili odsustvo) tekućeg podmazivanja među glavnim faktorima koji utječu na trenje, ali osnovni uzroci trenja klizanja ostali su nepoznati.

Dr. Lacey Makkonen, viši istraživač u Tehničkom istraživačkom centru u Finskoj, predstavio je vlastito objašnjenje porijekla kliznog trenja između čvrstih objekata. Njegova teorija u potpunosti potvrđuje tu činjenicu da veličina trenja zavisi i od takozvane površinske energije dotičnih materijala. Štaviše, trenje ima značajan uticaj na mnoge pojave sa kojima se svaki put susrećemo (kao što je, na primer, apsorpcija energije).

Makkonenov novi termodinamički model je prvi te vrste koji kvantificira koeficijent trenja materijala uzimajući u obzir površinsku energiju materijala. Model to zapravo i pokazuje trenje nastaje kada materijali dođu u kontakt na nanorazini, što je posljedica stvaranja novih veza na atomskom nivou. Ova teorija nadopunjuje objašnjenje porijekla sile trenja i prisustva zagrijavanja trenjem tokom suhog trenja. Također se može koristiti za preciznije izračunavanje koeficijenata trenja kombinacija različitih materijala.

Konstruisani model takođe omogućava precizniju kontrolu procesa trenja odabirom specifične površine materijala ili upotrebom slojeva za podmazivanje, uzimajući u obzir prisustvo površinske energije između njih. Važno je napomenuti da ova teorija potvrđuje mišljenja mnogih fizičara da u dobro poznatim tablicama s prikazanim koeficijentima trenja za različite materijale (posebno za homogene) postoje uočljive netočnosti.